DE102018201031A1 - Method for operating a battery system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems mit mehreren Batteriezellen, umfassend folgende Schritte: Bestimmung der Ausgangsspannungen der einzelnen Batteriezellen zu einem Startzeitpunkt; Ermittlung einer mittleren Zellenspannung aus den bestimmten Ausgangsspannungen der Batteriezellen; Klassifizierung von Batteriezellen, deren Ausgangsspannung zum Startzeitpunkt höher als die mittlere Zellenspannung ist, als gute Zellen; Klassifizierung von Batteriezellen, deren Ausgangsspannung zum Startzeitpunkt geringer als die mittlere Zellenspannung ist, als schlechte Zellen; Übertragung einer Energiemenge von mindestens einer guten Zelle auf mindestens eine schlechte Zelle bis zu einem Endzeitpunkt, wobei die Energiemenge derart bemessen ist, dass zum Endzeitpunkt die Ausgangsspannung der mindestens einen schlechten Zelle höher als die mittlere Zellenspannung ist.

Figure DE102018201031A1_0000
The invention relates to a method for operating a battery system with a plurality of battery cells, comprising the following steps: determining the output voltages of the individual battery cells at a start time; Determining an average cell voltage from the determined output voltages of the battery cells; Classification of battery cells whose output voltage at the start time is higher than the average cell voltage, as good cells; Classification of battery cells whose output voltage at the start time is less than the mean cell voltage, as bad cells; Transmission of an amount of energy from at least one good cell to at least one bad cell to an end time, wherein the amount of energy is such that at the end time, the output voltage of the at least one bad cell is higher than the average cell voltage.
Figure DE102018201031A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems mit mehreren Batteriezellen, insbesondere in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug. Das erfindungsgemäße Verfahren dient insbesondere zum Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der einzelnen Batteriezellen des Batteriesystems.The invention relates to a method for operating a battery system with a plurality of battery cells, in particular in an electrically driven vehicle. The inventive method is used in particular to compensate for different states of charge of the individual battery cells of the battery system.

Stand der TechnikState of the art

Heutige Batteriesysteme in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen weisen mehrere Batteriezellen auf. Die Batteriesysteme sind derart ausgelegt, dass die einzelnen Batteriezellen in Serie miteinander verschaltet sind, um die nötige Hochvoltspannung von ca. 400V bereitstellen zu können. Im Betrieb des Fahrzeugs werden die Batteriezellen zum Antrieb des Fahrzeugs und zur Versorgung weitere Verbraucher entladen. Aber auch bei einem ruhenden Fahrzeug findet eine geringe Entladung der Batteriezellen in Form einer Selbstentladung statt.Today's battery systems in electrically powered vehicles have multiple battery cells. The battery systems are designed so that the individual battery cells are connected in series with each other in order to provide the necessary high-voltage of about 400V can. During operation of the vehicle, the battery cells are discharged to drive the vehicle and to supply additional consumers. But even with a dormant vehicle there is a small discharge of the battery cells in the form of a self-discharge.

Die Entladung der Batteriezellen findet dabei nicht zwingend gleichmäßig statt. Die Spannungen der Batteriezellen liegen somit nicht alle auf dem gleichen Niveau. Grund hierfür sind unterschiedliche Selbstentladung als auch unterschiedliche Alterung einzelner Zellen. Mit zunehmender Alterung werden die Batteriezellen schneller entladen. Die Batteriezelle mit der höchsten Spannung bestimmt das Ende eines Ladevorgangs, und die Batteriezelle mit der niedrigsten Spannung bestimmt das Ende eines Entladevorgangs.The discharge of the battery cells does not necessarily take place uniformly. The voltages of the battery cells are thus not all at the same level. This is due to different self-discharge as well as different aging of individual cells. With increasing aging, the battery cells are discharged faster. The battery cell with the highest voltage determines the end of a charging process, and the battery cell with the lowest voltage determines the end of a discharging process.

Zum Betrieb eines solchen Batteriesystems müssen die Ladezustände der einzelnen Batteriezellen aber annähernd gleich sein. In Kraftfahrzeugen, die batterieelektrisch betrieben werden, findet daher regelmäßig ein Ausgleich der Ladezustände der einzelnen Batteriezellen statt. Ein solcher Ausgleich wird auch als Balancing bezeichnet.To operate such a battery system, however, the charge states of the individual battery cells must be approximately equal. In motor vehicles that are operated battery-electrically, therefore, a balance of the charge states of the individual battery cells regularly takes place. Such compensation is also called balancing.

Im automotiven Umfeld sind vor allem passive Balancing-Methoden im Einsatz. Dabei werden die Batteriezellen mit höherem Ladezustand über Entladewiderstände entladen und so an den Ladezustand der übrigen Batteriezellen angepasst. Auch aktive Balancing-Methoden sind bekannt. Dabei wird Energie von Batteriezellen mit höherem Ladezustand an Batteriezellen mit geringerem Ladezustand übertragen. Aktive Balancing-Methoden zeigen technische Vorteile, sind jedoch aus Kostengründen aktuell noch nicht für den mobilen Einsatz geeignet. Im stationären Bereich finden sie nach und nach Einzug.Above all, passive balancing methods are used in the automotive environment. The battery cells are discharged with a higher state of charge via discharge resistors and adapted to the state of charge of the remaining battery cells. Active balancing methods are also known. In this case, energy is transferred from battery cells with a higher state of charge to battery cells with a lower state of charge. Active balancing methods show technical advantages, but for cost reasons are currently not yet suitable for mobile use. In the stationary area, they are gradually finding their way.

Auch defekte Batteriezellen bestimmen maßgeblich das Geschehen während eines Balancing-Vorgangs, was mit einem großen Energieverlust einhergeht, unabhängig von der Balancing- Methode. Bei bekannten Balancing-Methoden erfolgt eine Spannungsangleichung über alle Batteriezellen des Batteriesystems. Eine defekte Batteriezelle des Batteriesystems verursacht dabei einerseits einen Energieverlust und verringert andererseits die Ladung des Batteriesystems, wodurch die Reichweite des Fahrzeugs verringert wird.Defective battery cells also decisively determine what happens during a balancing process, which is accompanied by a great loss of energy, regardless of the balancing method. In known balancing methods, voltage is equalized across all battery cells of the battery system. On the one hand, a defective battery cell of the battery system causes an energy loss and on the other hand reduces the charge of the battery system, which reduces the range of the vehicle.

Aus dem Dokument US 2013/0134943 A1 ist ein Verfahren zum Balancing von Batteriezellen bekannt, welche seriell zu Batteriesträngen verschaltet sind. Mehrere Batteriestränge sind dabei parallel verschaltet. Dabei ist zu jeder Batteriezelle jeweils ein Entladewiderstand parallel geschaltet, welcher zum Balancing aktivierbar ist.From the document US 2013/0134943 A1 a method for balancing battery cells is known, which are connected in series to battery strings. Several battery strings are connected in parallel. In this case, a discharge resistor is connected in parallel to each battery cell, which can be activated for balancing.

Das Dokument US 2014/0015483 A1 offenbart eine Batteriesteuereinheit für ein Batteriesystem mit mehreren Batteriezellen in einem Fahrzeug. Die Batteriesteuereinheit umfasst dabei eine Ladeeinheit zum Laden der Batteriezellen und eine Balancingeinheit zum Balancing der Batteriezellen durch Entladen. Dabei wird in einer Speichereinheit jeweils aufgezeichnet, welche der Batteriezellen die geringste Spannung aufweist.The document US 2014/0015483 A1 discloses a battery control unit for a battery system having a plurality of battery cells in a vehicle. The battery control unit comprises a charging unit for charging the battery cells and a balancing unit for balancing the battery cells by discharging. In each case, it is recorded in a memory unit which of the battery cells has the lowest voltage.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems mit mehreren Batteriezellen, insbesondere in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Verfahren dient dabei insbesondere zum Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der einzelnen Batteriezellen des Batteriesystems, was auch als Balancing bezeichnet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei mindestens die nachfolgend genannten Schritte:A method for operating a battery system with a plurality of battery cells, in particular in an electrically driven vehicle, is proposed. The method according to the invention serves, in particular, to compensate for different states of charge of the individual battery cells of the battery system, which is also referred to as balancing. The method according to the invention comprises at least the following steps:

Zunächst erfolgt eine Bestimmung der Ausgangsspannungen der einzelnen Batteriezellen des Batteriesystems zu einem Startzeitpunkt. Der Startzeitpunkt ist vorzugsweise, wenn das Fahrzeug nicht in Betrieb ist. Das bedeutet, das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise im Stillstand des Fahrzeugs ausgeführt. Der Startzeitpunkt kann aber auch im Betrieb des Fahrzeugs liegen, und das erfindungsgemäße Verfahren kann auch während des Betriebs des Fahrzeugs ausgeführt werden.First, a determination of the output voltages of the individual battery cells of the battery system takes place at a start time. The starting time is preferably when the vehicle is not in operation. This means that the method according to the invention is preferably carried out at standstill of the vehicle. However, the starting time can also be during operation of the vehicle, and the method according to the invention can also be carried out during operation of the vehicle.

Die Ladezustände der einzelnen Batteriezellen des Batteriesystems sind dabei von den Ausgangsspannungen der Batteriezellen abhängig. Eine höhere Ausgangsspannung einer Batteriezelle entspricht dabei einem höheren Ladezustand.The charge states of the individual battery cells of the battery system are dependent on the output voltages of the battery cells. A higher output voltage of a battery cell corresponds to a higher state of charge.

Anschließend erfolgt eine Ermittlung einer mittleren Zellenspannung aus den zuvor bestimmten Ausgangsspannungen der Batteriezellen des Batteriesystems. Die mittlere Zellenspannung der Batteriezellen ist beispielsweise der arithmetische Mittelwert aus den zuvor bestimmten Ausgangsspannungen der einzelnen Batteriezellen des Batteriesystems.Subsequently, a determination of an average cell voltage from the previously determined output voltages of the battery cells of the Battery system. The mean cell voltage of the battery cells is, for example, the arithmetic mean of the previously determined output voltages of the individual battery cells of the battery system.

Dann erfolgt eine Klassifizierung von Batteriezellen des Batteriesystems, deren Ausgangsspannung zum Startzeitpunkt höher als die mittlere Zellenspannung ist, als gute Zellen. Ebenso erfolgt eine Klassifizierung von Batteriezellen des Batteriesystems, deren Ausgangsspannung zum Startzeitpunkt geringer als die mittlere Zellenspannung ist, als schlechte Zellen. Batteriezellen des Batteriesystems, deren Ausgangsspannung zum Startzeitpunkt gleich oder zumindest annähernd gleich der mittleren Zellenspannung ist, können auch noch als neutrale Zellen klassifiziert werden.Then, a classification of battery cells of the battery system whose output voltage is higher than the average cell voltage at the start time is made as good cells. Likewise, a classification of battery cells of the battery system whose output voltage is lower than the average cell voltage at the start time takes place as bad cells. Battery cells of the battery system whose output voltage at the start time is equal to or at least approximately equal to the average cell voltage can also be classified as neutral cells.

Nach der besagten Klassifizierung der Batteriezellen des Batteriesystems erfolgt dann eine Übertragung einer Energiemenge von mindestens einer guten Zelle auf mindestens eine schlechte Zelle bis zu einem Endzeitpunkt. Dabei ist die besagte Energiemenge derart bemessen, dass zum Endzeitpunkt die Ausgangsspannung der mindestens einen schlechten Zelle höher als die mittlere Zellenspannung ist.After said classification of the battery cells of the battery system is then carried out a transmission of an amount of energy from at least one good cell to at least one bad cell to an end time. In this case, the said amount of energy is such that at the end time, the output voltage of the at least one bad cell is higher than the average cell voltage.

Vorteilhaft erfolgt nach der besagten Klassifizierung der Batteriezellen des Batteriesystems eine Übertragung einer Energiemenge von mindestens einer guten Zelle auf mehrere, bevorzugt alle schlechten Zellen bis zu dem Endzeitpunkt. Dabei ist die besagte Energiemenge derart bemessen, dass zum Endzeitpunkt die Ausgangsspannungen mehrerer, bevorzugt aller schlechten Zellen höher als die mittlere Zellenspannung sind.Advantageously, according to the said classification of the battery cells of the battery system, a transmission of an amount of energy from at least one good cell to several, preferably all, bad cells up to the end time. In this case, the said amount of energy is such that at the end time, the output voltages of several, preferably all bad cells are higher than the average cell voltage.

Vorzugsweise ist die Energiemenge, welche von mindestens einer guten Zelle auf mindestens eine schlechte Zelle übertragen wird, derart bemessen, dass zum Endzeitpunkt die Ausgangsspannung der mindestens einen guten Zelle geringer als die mittlere Zellenspannung ist.Preferably, the amount of energy transmitted from at least one good cell to at least one bad cell is such that at the end time, the output voltage of the at least one good cell is less than the average cell voltage.

Vorteilhaft erfolgt nach der besagten Klassifizierung der Batteriezellen des Batteriesystems eine Übertragung einer Energiemenge von mehreren, bevorzugt von allen guten Zellen auf mindestens eine schlechte Zelle bis zu dem Endzeitpunkt. Dabei ist die besagte Energiemenge derart bemessen, dass zum Endzeitpunkt die Ausgangsspannungen mehrerer, bevorzugt aller guten Zellen geringer als die mittlere Zellenspannung sind.Advantageously, according to the said classification of the battery cells of the battery system, a transmission of an amount of energy from a plurality, preferably from all good cells, to at least one bad cell takes place up to the end time. In this case, the said amount of energy is such that at the end time, the output voltages of several, preferably all good cells are less than the average cell voltage.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Energiemenge, welche von mindestens einer guten Zelle auf mindestens eine schlechte Zelle übertragen wird, derart bemessen, dass eine Differenz aus der Ausgangsspannung der mindestens einen guten Zelle zum Startzeitpunkt und der mittleren Zellenspannung einer Differenz aus der mittleren Zellenspannung und der Ausgangsspannung der mindestens einen guten Zelle zum Endzeitpunkt entspricht.According to an advantageous embodiment of the invention, the amount of energy which is transmitted from at least one good cell to at least one bad cell is such that a difference between the output voltage of the at least one good cell at the start time and the average cell voltage is a difference between the average cell voltage and the output voltage of the at least one good cell corresponds to the end time.

Vorzugsweise ist dabei die Energiemenge, welche von mehreren, bevorzugt allen guten Zellen auf mindestens eine schlechte Zelle übertragen wird, derart bemessen, dass eine Differenz aus der Ausgangsspannung der guten Zellen zum Startzeitpunkt und der mittleren Zellenspannung einer Differenz aus der mittleren Zellenspannung und der Ausgangsspannung der besagten guten Zellen zum Endzeitpunkt entspricht.Preferably, the amount of energy which is transmitted from several, preferably all good cells, to at least one bad cell is such that a difference between the output voltage of the good cells at the start time and the average cell voltage is a difference between the average cell voltage and the output voltage said good cells corresponds to the end time.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Energiemenge, welche von mindestens einer guten Zelle auf mindestens eine schlechte Zelle übertragen wird, derart bemessen, dass eine Differenz aus der mittleren Zellenspannung und der Ausgangsspannung der mindestens einen schlechten Zelle zum Startzeitpunkt einer Differenz aus der Ausgangsspannung der mindestens einen schlechten Zelle zum Endzeitpunkt und der mittleren Zellenspannung entspricht.According to a further advantageous embodiment of the invention, the amount of energy which is transmitted from at least one good cell to at least one bad cell, such that a difference between the average cell voltage and the output voltage of the at least one bad cell at the start time of a difference from the output voltage which corresponds to at least one bad cell at the end time and the average cell voltage.

Vorzugsweise ist dabei die Energiemenge, welche von mindestens einer guten Zelle auf mehrere, bevorzugt alle schlechten Zellen übertragen wird, derart bemessen, dass eine Differenz aus der mittleren Zellenspannung und der Ausgangsspannung der besagten schlechten Zellen zum Startzeitpunkt einer Differenz aus der Ausgangsspannung der besagten schlechten Zelle zum Endzeitpunkt und der mittleren Zellenspannung entspricht.Preferably, the amount of energy transmitted from at least one good cell to a plurality, preferably all, bad cells is such that a difference between the mean cell voltage and the output voltage of said bad cells at the start time of a difference from the output voltage of said bad cell corresponds to the end time and the average cell voltage.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Batteriezellen des Batteriesystems seriell verschaltet. Eine von dem Batteriesystem gelieferte Gesamtspannung entspricht dann der Summe der Ausgangsspannungen aller Batteriezellen des Batteriesystems.According to a preferred embodiment of the invention, the battery cells of the battery system are connected in series. A total voltage supplied by the battery system then corresponds to the sum of the output voltages of all battery cells of the battery system.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird nach jedem Startzeitpunkt die durchgeführte Klassifizierung der Batteriezellen in einem Histogramm abgelegt. Mittels des Histogramms sind historische Daten über die Klassifizierungen der einzelnen Batteriezellen verfügbar. Durch Auswertung des Histogramms sind Aussagen über einen zukünftigen Zustand der einzelnen Batteriezellen möglich.According to a preferred embodiment of the invention, the performed classification of the battery cells is stored in a histogram after each start time. By means of the histogram, historical data on the classifications of the individual battery cells are available. By evaluating the histogram, statements about a future state of the individual battery cells are possible.

Dabei wird vorzugsweise eine Batteriezelle, deren Anzahl an Klassifizierungen als schlechte Zelle einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, als defekte Zelle klassifiziert.In this case, a battery cell whose number of classifications as a bad cell exceeds a predetermined threshold value is preferably classified as a defective cell.

Ebenso wird vorzugsweise eine Batteriezelle, deren Ausgangsspannung zum Startzeitpunkt geringer als ein vorgegebener unterer Grenzwert ist, als defekte Zelle klassifiziert. Also, preferably, a battery cell whose output voltage at the start time is less than a predetermined lower limit is classified as a defective cell.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird eine als defekte Zelle klassifizierte Batteriezelle kurzgeschlossen. Das Kurzschließen erfolgt beispielsweise durch Aktivierung einer Schnellentladevorrichtung. Die Serienschaltung der Batteriezellen des Batteriesystems ist dann um eine Batteriezelle reduziert. Somit ist auch die Gesamtspannung des Batteriesystems entsprechend verringert.According to a preferred embodiment of the invention, a battery cell classified as a defective cell is short-circuited. The short-circuiting takes place, for example, by activating a quick-discharging device. The series connection of the battery cells of the battery system is then reduced by one battery cell. Thus, the total voltage of the battery system is reduced accordingly.

Von einer als defekten Zelle klassifizierten Batteriezelle wird künftig keine Ausgangsspannung mehr ermittelt. Somit wird auch keine Ausgangsspannung von als defekten Zellen klassifizierten Batteriezellen zur Ermittlung der mittleren Zellenspannung berücksichtigt. Ebenso erfolgt keine Übertragung von Energie auf eine als defekte Zelle klassifizierte Batteriezelle.From a classified as a defective cell battery cell future output voltage is no longer determined. Thus, no output voltage of battery cells classified as defective cells is taken into account for determining the average cell voltage. Likewise, there is no transfer of energy to a battery cell classified as a defective cell.

Eine defekte Zelle würde das Batteriesystem als Ganzes negativ beeinflussen. Insbesondere würde bei jedem Ausgleich von unterschiedlichen Ausgangsspannungen der einzelnen Batteriezellen des Batteriesystems eine verhältnismäßig große Energiemenge auf die defekte Zelle übertragen. Dabei würde bei jedem Ausgleich von unterschiedlichen Ausgangsspannungen den als guten Zellen klassifizierten Batteriezellen eine verhältnismäßig große Energiemenge entzogen.A defective cell would adversely affect the battery system as a whole. In particular, a relatively large amount of energy would be transferred to the defective cell at each compensation of different output voltages of the individual battery cells of the battery system. At each balancing of different output voltages, the battery cells classified as good cells would be deprived of a relatively large amount of energy.

Das erfindungsgemäße Verfahren findet unter anderem vorteilhaft Verwendung in einem Batteriesystem eines reinen Elektrofahrzeugs, eines Hybridfahrzeugs, eines Plug-In-Hybridfahrzeugs oder eines e-Bikes. Aber auch andere Verwendungen sind denkbar.Among other things, the method according to the invention finds advantageous use in a battery system of a pure electric vehicle, a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle or an e-bike. But other uses are conceivable.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet ein sicheres und frühzeitiges Erkennen von sich verschlechternden Batteriezellen eines Batteriesystems. Insbesondere lassen sich Batteriezellen detektieren, deren Innenwiderstand sich im Vergleich zu den übrigen Batteriezellen des Batteriesystems überdurchschnittlich vergrößert. Durch die innovative Ladestrategie der Batteriezellen des Batteriesystems ist kein vorzeitiger Austausch von sich verschlechternden Batteriezellen erforderlich. Die sich verschlechternden Batteriezellen können verhältnismäßig lange in Betrieb bleiben. Weiterhin ist der Aufwand zum Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der einzelnen Batteriezellen, also der Aufwand zum Balancing der Batteriezellen, verringert. Beim Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen geht dabei auch weniger Energie, in Form von Verlustwärme, verloren. Dadurch wird eine höhere Reichweite des Fahrzeugs erreicht.The inventive method allows safe and early detection of deteriorating battery cells of a battery system. In particular, it is possible to detect battery cells whose internal resistance increases disproportionately in comparison to the remaining battery cells of the battery system. Due to the innovative charging strategy of the battery cells of the battery system, no premature replacement of deteriorating battery cells is required. The deteriorating battery cells can remain in operation for a relatively long time. Furthermore, the effort to compensate for different states of charge of the individual battery cells, so the cost of balancing the battery cells is reduced. When compensating for different states of charge, less energy, in the form of heat loss, is also lost. This achieves a higher range of the vehicle.

Figurenlistelist of figures

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Batteriesystems mit mehreren Batteriezellen,
  • 2: ein Diagramm zur Darstellung von Ausgangsspannungen der Batteriezellen des Batteriesystems zu einem Startzeitpunkt und
  • 3: ein Diagramm zur Darstellung von Ausgangsspannungen der Batteriezellen des Batteriesystems zu einem Endzeitpunkt.
Show it:
  • 1 a schematic representation of a battery system with multiple battery cells,
  • 2 FIG. 4 is a diagram illustrating output voltages of the battery cells of the battery system at a start time and
  • 3 : A diagram illustrating the output voltages of the battery cells of the battery system at an end time.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar elements are denoted by the same reference numerals, wherein a repeated description of these elements is dispensed with in individual cases. The figures illustrate the subject matter of the invention only schematically.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Batteriesystems 5 mit mehreren, vorliegende mit zehn, Batteriezellen 2. Die Batteriezellen 2 sind dabei elektrisch seriell verschaltet. Jede Batteriezelle 2 umfasst eine Elektrodeneinheit 10, welche jeweils eine Anode 11 und eine Kathode 12 aufweist. Die Anode 11 der Elektrodeneinheit 10 ist dabei mit einem negativen Terminal 15 verbunden. Die Kathode 12 der Elektrodeneinheit 10 ist mit einem positiven Terminal 16 verbunden. Zur seriellen Verschaltung des Batteriesystems 5 ist jeweils das negative Terminal 15 einer Batteriezelle 2 mit dem positiven Terminal 16 der benachbarten Batteriezelle 2 elektrisch verbunden. 1 shows a schematic representation of a battery system 5 with several, present with ten, battery cells 2 , The battery cells 2 are electrically connected in series. Every battery cell 2 includes an electrode unit 10 , which each have an anode 11 and a cathode 12 having. The anode 11 the electrode unit 10 is doing it with a negative terminal 15 connected. The cathode 12 the electrode unit 10 is with a positive terminal 16 connected. For serial connection of the battery system 5 is the negative terminal 15 a battery cell 2 with the positive terminal 16 the adjacent battery cell 2 electrically connected.

Jede Batteriezelle 2 weist ferner eine Schnellentladevorrichtung 20 auf. Die Schnellentladevorrichtung 20 ist mit dem negativen Terminal 15 sowie mit dem positiven Terminal 16 der Batteriezelle 2 elektrisch verbunden. Die Schnellentladevorrichtung 20 ist in der hier gezeigten Darstellung ausgeschaltet, also in einem passiven Zustand. Das bedeutet, die Schnellentladevorrichtung 20 stellt keine elektrische Verbindung zwischen dem negativen Terminal 15 und dem positiven Terminal 16 der Batteriezelle 2 dar.Every battery cell 2 also has a quick discharge device 20 on. The quick unloading device 20 is with the negative terminal 15 as well as with the positive terminal 16 the battery cell 2 electrically connected. The quick unloading device 20 is switched off in the illustration shown here, ie in a passive state. That means the quick discharge device 20 does not provide any electrical connection between the negative terminal 15 and the positive terminal 16 the battery cell 2 represents.

Das Batteriesystem 5 umfasst auch ein Batteriesteuergerät 50. Das Batteriesteuergerät 50 dient zum Überwachen der Batteriezellen 2 des Batteriesystems 5 und zum Ansteuern der Schnellentladevorrichtungen 20 der einzelnen Batteriezellen 2.The battery system 5 also includes a battery control device 50 , The battery control unit 50 serves to monitor the battery cells 2 of battery system 5 and for driving the quick discharge devices 20 the individual battery cells 2 ,

Nach der Aktivierung einer Schnellentladevorrichtung 20 befindet sich die Schnellentladevorrichtung 20 in einem aktiven Zustand, in welchem die Schnellentladevorrichtung 20 einen Kurzschluss zwischen dem negativen Terminal 15 und dem positiven Terminal 16 der Batteriezelle 2 bildet. Daraufhin fließt ein Entladestrom durch die Schnellentladevorrichtung 20 und die Batteriezelle 2 wird dadurch entladen. Nach der Aktivierung der Schnellentladevorrichtung 20 ist die betroffene Batteriezelle 2 dann kurzgeschlossen.After activation of a quick discharge device 20 is the quick discharge device 20 in an active state, in which the fast discharge device 20 a short circuit between the negative terminal 15 and the positive terminal 16 the battery cell 2 forms. Thereupon, a discharge current flows through the quick discharge device 20 and the battery cell 2 is discharged by it. After activation of the quick discharge device 20 is the affected battery cell 2 then shorted.

2 zeigt ein Diagramm zur Darstellung von Ausgangsspannungen U der Batteriezellen 2 des in 1 gezeigten Batteriesystems 5 zu einem Startzeitpunkt. Vorliegend zeigt das Diagramm nur die zu dem Startzeitpunkt bestimmten Ausgangsspannungen U von sechs Batteriezellen 2 des Batteriesystems 5. Zur Unterscheidung der einzelnen Batteriezellen 2 sind diese dabei mit Buchstaben A, B, C, D, E, F bezeichnet. 2 shows a diagram illustrating the output voltages U the battery cells 2 of in 1 shown battery system 5 at a start time. In the present case, the diagram only shows the output voltages determined at the start time U of six battery cells 2 of the battery system 5 , To distinguish the individual battery cells 2 they are with letters A . B . C . D . e . F designated.

Die Ladezustände der einzelnen Batteriezellen 2 sind dabei von den Ausgangsspannungen U der Batteriezellen 2 abhängig. Eine höhere Ausgangsspannung U entspricht dabei einem höheren Ladezustand der Batteriezelle 2.The charge states of the individual battery cells 2 are from the output voltages U the battery cells 2 dependent. A higher output voltage U corresponds to a higher state of charge of the battery cell 2 ,

Die Ausgangsspannung U von einer der Batteriezellen 2 des Batteriesystems 5 ist vorliegend geringer als ein vorgegebener unterer Grenzwert G. Die besagte Batteriezelle 2 wird daher als defekte Zelle B klassifiziert. Die als defekte Zelle B klassifizierte Batteriezelle 2 wird dann mittels der Schnellentladevorrichtung 20 kurzgeschlossen.The output voltage U from one of the battery cells 2 of the battery system 5 is presently less than a predetermined lower limit G , The said battery cell 2 is therefore considered a defective cell B classified. The as a defective cell B classified battery cell 2 is then by means of the quick discharge device 20 shorted.

Anschließend wird aus den zuvor bestimmten Ausgangsspannungen U der Batteriezellen 2 des Batteriesystems 5, mit Ausnahme der als defekte Zelle B klassifizierten Batteriezelle 2, eine mittlere Zellenspannung M bestimmt. Die mittlere Zellenspannung M der Batteriezellen 2 ist vorliegend also der arithmetische Mittelwert aus den zuvor bestimmten Ausgangsspannungen U der übrigen Zellen A, C, D, E, F.Subsequently, from the previously determined output voltages U the battery cells 2 of the battery system 5 , except as a broken cell B classified battery cell 2 , a mean cell voltage M certainly. The mean cell voltage M the battery cells 2 In the present case, therefore, the arithmetic mean of the previously determined output voltages U of the remaining cells A . C . D . e . F ,

Dann erfolgt eine Klassifizierung der Batteriezellen 2 des Batteriesystems 5, wieder mit Ausnahme der als defekte Zelle B klassifizierten Batteriezelle 2, anhand ihrer Ausgangsspannungen U. Vorliegend werden die Batteriezellen 2, deren Ausgangsspannung U zum Startzeitpunkt höher als die mittlere Zellenspannung M ist, als gute Zellen C, F klassifiziert. Ebenso werden vorliegend die Batteriezellen 2, deren Ausgangsspannung U zum Startzeitpunkt geringer als die mittlere Zellenspannung M ist, als schlechte Zellen A, D, E klassifiziert.Then, a classification of the battery cells 2 of the battery system 5 , again except for the broken cell B classified battery cell 2 , based on their output voltages U , In the present case, the battery cells 2 whose output voltage U at the start time higher than the mean cell voltage M is, as good cells C . F classified. Likewise, in the present case, the battery cells 2 whose output voltage U at start time lower than the mean cell voltage M is, as bad cells A . D . e classified.

In dem in 2 dargestellten beispielhaften Diagramm sind somit die Ausgangsspannungen U von einer defekte Zelle B, zwei guten Zellen C, F und drei schlechten Zellen A, D, E dargestellt.In the in 2 illustrated exemplary diagram are thus the output voltages U from a broken cell B , two good cells C . F and three bad cells A . D . e shown.

Nach der Bestimmung der Ausgangsspannungen U der Batteriezellen 2 und der beschriebenen Klassifizierung erfolgt eine Übertragung einer Energiemenge von den guten Zellen C, F auf die schlechten Zellen A, D, E. Die besagte Übertragung der Energiemenge dauert bis zu einem Endzeitpunkt. Auf die als defekte Zelle B klassifizierte Batteriezelle 2 wird dabei keine Energiemenge übertragen.After determining the output voltages U the battery cells 2 and the described classification, a transmission of an amount of energy from the good cells takes place C . F on the bad cells A . D . e , The said transmission of the energy amount lasts until an end time. On the broken cell B classified battery cell 2 no amount of energy is transferred.

Durch die Übertragung der besagten Energiemenge werden die Ladezustände der guten Zellen C, F verringert, und die Ladezustände der schlechten Zellen A, D, E werden erhöht. Damit werden auch die Ausgangsspannungen U der guten Zellen C, F verringert, und die Ausgangsspannungen U der schlechten Zellen A, D, E werden erhöht.By transmitting the said amount of energy, the states of charge of the good cells become C . F decreases, and the charge states of the bad cells A . D . e are increased. This will also affect the output voltages U the good cells C . F decreases, and the output voltages U the bad cells A . D . e are increased.

3 zeigt ein Diagramm zur Darstellung von Ausgangsspannungen U der Batteriezellen 2 des in 1 gezeigten Batteriesystems 5 zu dem Endzeitpunkt, also nach der Übertragung der Energiemenge von den guten Zellen C, F auf die schlechten Zellen A, D, E. Die kurzgeschlossene defekte Zelle B weist dabei eine Ausgangsspannung U von 0 V auf. 3 shows a diagram illustrating the output voltages U of the battery cells 2 of in 1 shown battery system 5 at the end time, after the transmission of the amount of energy from the good cells C . F on the bad cells A . D . e , The shorted defective cell B has an output voltage U from 0V to.

Die übertragene Energiemenge ist derart bemessen, dass zum Endzeitpunkt die Ausgangsspannungen U der guten Zellen C, F geringer als die mittlere Zellenspannung M sind, und dass die Ausgangsspannungen U der schlechten Zellen A, D, E höher als die mittlere Zellenspannung M sind. Bei der Übertragung der Energiemenge von den guten Zellen C, F auf die schlechten Zellen A, D, E wird auch berücksichtigt, dass zum Endzeitpunkt die Ausgangsspannung U von keiner der Batteriezellen 2 größer als eine obere Grenzspannung CVL ist, welche auch als „Charging Voltage Limit“ bezeichnet wird.The transmitted amount of energy is such that at the end time the output voltages U the good cells C . F less than the mean cell voltage M are, and that the output voltages U the bad cells A . D . e higher than the mean cell voltage M are. When transferring the amount of energy from the good cells C . F on the bad cells A . D . e is also considered that at the end time the output voltage U from none of the battery cells 2 is greater than an upper limit voltage CVL, which is also referred to as "charging voltage limit".

Die übertragene Energiemenge ist vorliegend derart bemessen, dass eine Differenz aus der jeweiligen Ausgangsspannung U der guten Zellen C, F zum Startzeitpunkt und der mittleren Zellenspannung M einer Differenz aus der mittleren Zellenspannung M und der jeweiligen Ausgangsspannung U der guten Zellen C, F zum Endzeitpunkt entspricht.The transmitted amount of energy is in the present case dimensioned such that a difference from the respective output voltage U the good cells C . F at the start time and the mean cell voltage M a difference from the mean cell voltage M and the respective output voltage U good cells C, F at the end time.

Ebenso ist die übertragene Energiemenge vorliegend derart bemessen, dass eine Differenz aus der mittleren Zellenspannung M und der jeweiligen Ausgangsspannung U der schlechten Zellen A, D, E zum Startzeitpunkt einer Differenz aus der jeweiligen Ausgangsspannung U der schlechten Zellen A, D, E zum Endzeitpunkt und der mittleren Zellenspannung M entspricht.Likewise, the transmitted amount of energy in the present case is dimensioned such that a difference between the average cell voltage M and the respective output voltage U the bad cells A . D . e at the start time of a difference from the respective output voltage U the bad cells A . D . e at the end time and the mean cell voltage M equivalent.

Die Ausgangsspannungen U der der guten Zellen C, F und der schlechten Zellen A, D, E werden bei der Übertragung der besagten Energiemenge also graphisch an der mittleren Zellenspannung M gespiegelt. The output voltages U the good cells C . F and the bad cells A . D . e become in the transmission of the said amount of energy so graphically at the average cell voltage M mirrored.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not limited to the embodiments described herein and the aspects highlighted therein. Rather, within the scope given by the claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of expert action.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • US 2014/0015483 A1 [0008]US 2014/0015483 A1 [0008]

Claims (10)

Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems (5) mit mehreren Batteriezellen (2) , umfassend folgende Schritte: Bestimmung der Ausgangsspannungen (U) der einzelnen Batteriezellen (2) zu einem Startzeitpunkt; Ermittlung einer mittleren Zellenspannung (M) aus den bestimmten Ausgangsspannungen (U) der Batteriezellen (2); Klassifizierung von Batteriezellen (2), deren Ausgangsspannung (U) zum Startzeitpunkt höher als die mittlere Zellenspannung (M) ist, als gute Zellen; Klassifizierung von Batteriezellen (2), deren Ausgangsspannung (U) zum Startzeitpunkt geringer als die mittlere Zellenspannung (M) ist, als schlechte Zellen; Übertragung einer Energiemenge von mindestens einer guten Zelle auf mindestens eine schlechte Zelle bis zu einem Endzeitpunkt, wobei die Energiemenge derart bemessen ist, dass zum Endzeitpunkt die Ausgangsspannung (U) der mindestens einen schlechten Zelle höher als die mittlere Zellenspannung (M) ist.Method for operating a battery system (5) with a plurality of battery cells (2), comprising the following steps: Determining the output voltages (U) of the individual battery cells (2) at a start time; Determining an average cell voltage (M) from the determined output voltages (U) of the battery cells (2); Classification of battery cells (2) whose output voltage (U) at the start time is higher than the mean cell voltage (M), as good cells; Classifying battery cells (2) whose output voltage (U) at the start time is less than the mean cell voltage (M) as bad cells; Transmission of an amount of energy from at least one good cell to at least one bad cell to an end time, wherein the amount of energy is such that At the end time, the output voltage (U) of the at least one bad cell is higher than the average cell voltage (M). Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Energiemenge derart bemessen ist, dass zum Endzeitpunkt die Ausgangsspannung (U) der mindestens einen guten Zelle geringer als die mittlere Zellenspannung (M) ist.Method according to Claim 1 , wherein the amount of energy is such that at the end time, the output voltage (U) of the at least one good cell is less than the average cell voltage (M). Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Energiemenge derart bemessen ist, dass eine Differenz aus der Ausgangsspannung (U) der mindestens einen guten Zelle zum Startzeitpunkt und der mittleren Zellenspannung (M) einer Differenz aus der mittleren Zellenspannung (M) und der Ausgangsspannung (U) der mindestens einen guten Zelle zum Endzeitpunkt entspricht.Method according to Claim 2 , wherein the amount of energy is such that a difference between the output voltage (U) of the at least one good cell at the start time and the average cell voltage (M) of a difference between the average cell voltage (M) and the output voltage (U) of the at least one good Cell corresponds to the end time. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Energiemenge derart bemessen ist, dass eine Differenz aus der mittleren Zellenspannung (M) und der Ausgangsspannung (U) der mindestens einen schlechten Zelle zum Startzeitpunkt einer Differenz aus der Ausgangsspannung (U) der mindestens einen schlechten Zelle zum Endzeitpunkt und der mittleren Zellenspannung (M) entspricht.Method according to one of the preceding claims, wherein the amount of energy is such that a difference between the average cell voltage (M) and the output voltage (U) of the at least one bad cell at the start time of a difference from the output voltage (U) of the at least one bad cell at the end time and the average cell voltage (M). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Batteriezellen (2) seriell verschaltet sind.Method according to one of the preceding claims, wherein battery cells (2) are connected in series. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei nach jedem Startzeitpunkt die Klassifizierung der Batteriezellen (2) in einem Histogramm abgelegt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein after each start time, the classification of the battery cells (2) is stored in a histogram. Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine Batteriezelle (2), deren Anzahl an Klassifizierungen als schlechte Zelle einen Schwellwert überschreitet, als defekte Zelle klassifiziert wird.Method according to Claim 7 wherein a battery cell (2) whose number of bad cell classifications exceeds a threshold is classified as a defective cell. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Batteriezelle (2), deren Ausgangsspannung (U) zum Startzeitpunkt geringer als ein unterer Grenzwert (G) ist, als defekte Zelle klassifiziert wird.Method according to one of the preceding claims, wherein a battery cell (2) whose output voltage (U) at the start time is less than a lower limit (G) is classified as a defective cell. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei eine als defekte Zelle klassifizierte Batteriezelle (2) kurzgeschlossen wird.Method according to one of Claims 7 to 8th in which a battery cell (2) classified as a defective cell is short-circuited. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche in einem Batteriesystem (5) eines reinen Elektrofahrzeugs, eines Hybridfahrzeugs, eines Plug-In-Hybridfahrzeugs oder eines e-Bikes.Use of the method according to one of the preceding claims in a battery system (5) of a pure electric vehicle, a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle or an e-bike.
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